锂离子电池保护电路原理解析
来源：宝鄂实业
2021-06-22 13:43
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由于锂电池能量密度高,因此难以确保电池的安全性.在过度充电状态下,电池温度上升后能量将过剩,于是电解液分析而萌生气体,因内压上升而发生自燃或破碎的危险;反之,在过度放电状态下,电解液因分析导致电池特性及耐久性劣化,从而降低可充电次数.
锂电池的保护电路就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全性,并戒备特性劣化.锂电池的保护电路是由保护IC及两颗功率MOSFET所构成,其中保护IC监视电池电压,当有过度充电及放电状态时切换到以外挂的功率MOSFET来保护电池,保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护和过电流/短路保护.
过度充电保护
过度充电保护IC的原理为:当外部充电器对锂离子电池充电时,为戒备因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状态.此时,保护IC需测试电池电压,当到达4.25V时(假设电池过充点为4.25V)即激活过度充电保护,将功率MOS由开转为关断,进而截止充电.
另外,还非得留意因噪声所萌生的过度充电检出误动作,以免判定为过充保护.因此,需要设定延迟时间,并且延迟时间不能短于噪声的继续时间.
过度放电保护
在过度放电的情况下,电解液因分析而导致电池特性劣化,并造成充电次数的降低.采用锂离子电池保护IC可以避免过度放电现象发生,实现电池保护功能.
过度放电保护IC原理:为了戒备锂离子电池的过度放电状态,假设锂离子电池接上负载,当锂离子电池电压低于其过度放电电压测试点(假定为2.3V)时将激活过度放电保护,使功率MOSFET由开转变为关断而截止放电,以避免电池过度放电现象发生,并将电池保持在低静态电流的待机模式,此时的电流仅0.1uA.
当锂离子电池接上充电器,且此时锂离子电池电压高于过度放电电压时,过度放电保护功能方可解除.另外,考虑到脉冲放电的情况,过放电测试电路设有延迟时间以避免发生误动作.
过电流及短路电流
因为不明原由(放电时或正负极遭金属物误触)造成过电流或短路,为确保安全,非得使其立即停止放电.
过电流保护IC原理为,当放电电流过大或短路情况发生时,保护IC将激活过(短路)电流保护,此时过电流的测试是将功率MOSFET的Rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形,如果比所定的过电流测试电压还高则停止放电,计算公式为:V-=I×Rds(on)×2(V-为过电流测试电压,I为放电电流).假设V-=0.2V,Rds(on)=25mΩ,则保护电流的大小为I=4A.
同样地,过电流测试也非得设有延迟时间以防有突发电流流入时发生误动作.
通常在过电流发生后,若能去除过电流因素(例如马上与负载脱离),将会恢复其正常状态,可以再进行正常的充放电动作.
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